固定床,流化床,浆态床的优缺点
- 格式:doc
- 大小:31.50 KB
- 文档页数:6
①对强放热反应固定床温度难控,浆态床易控,这造成固定床催化效率要比浆态床低,因反应温度不能太高,而且固定床内催化剂有一部分没用。
固定床存在床层阻力,压降比浆态床大,在反应器内部,浆态床几乎没压降,但在催化剂过滤器两端的压降会比较大②固定床工业放大比浆态床容易;浆态床内构件比固定床复杂;浆态床虽可实现催化剂在线更换,但细小催化剂分离比较困难;浆态床对催化剂强度的要求比固定床高;固定床停车更换催化剂要比浆态床麻烦的多。
③如果是气液固三相反应,浆态床的气体传质比固定床差,对气体分布的要求较高,如果加热盘管和气体分布设计不好,会在反应器内部出现死区或过热区。
现在大体积大直径的浆态床国内还没有加工技术,国际上也只有少数几家能加工,比如日本,固定床国内都能做。
浆态床催化剂过滤器国内的技术也不过关。
浆态床反应器合成甲醇的优点:1)床层的等温性由于有导热系数大,比热容大的惰性液相热载体和存在高度湍动的气液固三相,导致反应热迅速分散并传向冷却介质,使得床层接近等温操作。
因而,其温度分布和传热速率均优于固定床,不会出现床层温度不合理分布、局部过热及对催化剂和设备造成危害等情况。
2)反应的高效性由于浆态床中一般采用200目甚至更细颗粒催化剂,催化剂表面积大,内表面利用率高,催化剂有效系数接近1,催化剂的利用效率远高于气固相反应。
较佳的温度又兼顾了化学平衡与反应速率的推动力,从而加快了反应速度,且可获得较大的原料气转化率和转化量。
3)原料的适应性由于有优良的传热性能,使得浆态床合成甲醇的原料气适应性强,反应物主要成分CO可大范围内变化,而这对于固定床来说是不可能的。
4)操作的可塑性由于气液固三相有优良的传热性能,加之床层压降低,操作气速或质量空速可在较大范围内变化,反应器操作弹性大。
5)节能的现实性;由于原料气转化率高、循环气量减少、热效率高,因而合成工序可节能25%~30%左右。
6)联产的可行性原则上可用各种合成气制甲醇,特别是可使煤的燃烧、发电、供汽和化工产品联产,大大提高煤的有效利用率,改善经济效益,并可较容易地做到对现有生产装置的技术改造与产品更换。
反应器分类及特点在化工、生物和医药等领域,反应器是实现化学反应的重要设备之一。
根据不同的分类标准,反应器可以分为多种类型。
以下是几种常见的反应器及其特点:1.固定床反应器固定床反应器是一种常见的反应器类型,其特点是在反应器中装填一定量的固体催化剂或固定床催化剂,使反应在催化剂表面进行。
这种反应器的优点是操作简单、催化剂活性高、选择性好,适用于小规模、高附加值的化工生产。
但是,固定床反应器的缺点是催化剂使用寿命有限,需要定期更换或再生。
2.活动床反应器活动床反应器是一种动态反应器,其特点是催化剂在反应器内处于运动状态。
这种反应器的优点是可以根据需要随时更换催化剂,并且可以通过控制催化剂的移动速度来优化反应过程。
但是,活动床反应器的缺点是需要复杂的机械传动系统和密封装置,维护成本较高。
3.流化床反应器流化床反应器是一种高效、大规模的反应器类型,其特点是在反应器中装填一定量的固体颗粒,使反应在颗粒表面进行。
这种反应器的优点是可以实现连续操作、生产能力大、催化剂使用寿命长等。
但是,流化床反应器的缺点是对于某些反应过程控制难度较大,可能会存在局部过热或反应不均匀等问题。
4.膜反应器膜反应器是一种新型的反应器类型,其特点是在反应器中装填一定量的膜材料,使反应在膜表面进行。
这种反应器的优点是可以实现分离和反应两个过程的集成,具有高效、环保等优点。
但是,膜反应器的缺点是膜材料的选择和控制难度较大,需要解决膜堵塞和污染等问题。
5.光敏反应器光敏反应器是一种利用光能激发化学反应的反应器类型,其特点是在反应器中引入光源和光敏剂等元素,通过光能激发化学反应。
这种反应器的优点是可以实现选择性高、条件温和的反应过程。
但是,光敏反应器的缺点是需要精密的光学系统和控制系统,维护成本较高。
6.电化学反应器电化学反应器是一种利用电能实现化学反应的反应器类型,其特点是在反应器中引入电极和电解质等元素,通过电能激发化学反应。
这种反应器的优点是可以实现条件温和、环境友好的化学过程。
《化工工艺学》复习题初步整理1 绪论1.掌握以下概念化学工业:又称化学加工工业,泛指生产过程中化学方法占主要地位的制造业。
化学工艺学:即化工生产技术,系指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和过程,包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施.化学工程学:化学工程学主要研究:化学工业和其它过程工业生产中所进行的化学过程和物理过程的共同规律,它的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应,特别是放大中的效应。
2.现代化学工业特点。
1.原料、生产方法和产品的多样性与复杂性;2.向大型化、综合化发展,精细化率也在不断提高;3.是多学科合作、生产技术密集型的生产部门;4.重视能量合理利用,以及采用节能工艺和方法;5.资金密集,投资回收速度快,利润高;6。
化工生产中易燃、易爆、有毒仍然是现代化工企业首要解决的问题。
3.化学工业发展方向。
1。
面向市场竞争激烈的形势,积极开发高新技术,缩短新技术、新工艺工业化的周期,加快产品更新和升级的速度;2。
最充分、最彻底地利用原料;3.大力发展绿色化工;4.化工过程要高效、节能和智能化;5.实施废弃物的再生利用工程。
4.化学工业的原料资源自然资源:矿物、生物、空气和水。
矿物资源:金属矿、非金属矿、化石燃料矿生物资源:农、林、牧、副、鱼的植物体和动物体另外:再生资源(废物利用)化学工业主要产品无机化工产品:酸、碱、盐基本有机化工产品:乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、乙炔、萘、合成气等。
高分子化工产品:塑料、合成橡胶、合成纤维、橡胶制品、涂料和胶粘剂等.精细化工产品:涂料、表面活性剂、粘合剂、催化剂、食品添加剂等.生物化工产品:甘油、柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸、各种氧基酸、酶制剂、核酸、生物农药、饲料蛋白抗生素、维生素、甾体激素、疫苗等。
2 化学工艺的共性知识1.为什么说石油、天然气和煤是现代化学工业的重要原料资源?答:⑴基本有机化工、高分子化工、精细化工及氮肥工业等产品大约有90℅来源于石油和天然气,有机化工产品的上游原料之一:三烯主要由石油制取;⑵天然气的热值高、污染少、是一种清洁能源,同时又是石油化工的重要原料资源;⑶从煤中可以得到多种芳香族化合物,是精细有机合成的主要原料,煤的综合利用可为能源化工和冶金提供有价值的原料.他们的综合利用途径有哪些?⑴石油:①一次加工:常压蒸馏、减压蒸馏②二次加工:催化重整、催化裂化、催化加氢裂化、烃类热裂解、烷基化、异构化、焦化等。
固定床反响器定义:气体流经固定不动的催化剂床层进展催化反响的装置。
特点:结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点,是现代化工和反响中应用很广泛的反响器。
应用:主要用于气固相催化反响。
根本形式:轴向绝热式、径向绝热式、列管式。
固定床反响器缺点:床层温度分布不均匀;床层导热性较差;对放热量大的反响,应增大换热面积,与时移走反响热,但这会减少有效空间。
流化床反响器〔沸腾床反响器〕定义:流体〔气体或液体〕以较高流速通过床层,带动床固体颗粒运动,使之悬浮在流动的主体流中进展反响,具有类似流体流动的一些特性的装置。
应用:应用广泛,催化或非催化的气—固、液—固和气—液—固反响。
原理:固体颗粒被流体吹起呈悬浮状态,可作上下左右剧烈运动和翻动,好象是液体沸腾一样,故流化床反响器又称沸腾床反响器。
结构:壳体、气体分布装置、换热装置、气—固别离装置、构件以与催化剂参加和卸出装置等组成。
优点:传热面积大、传热系数高、传热效果好。
进料、出料、废渣排放用气流输送,易于实现自动化生产。
缺点:物料返混大,粒子磨损严重;要有回收和集尘装置;构件复杂;操作要求高等。
固定床:一、固定床反响器的优缺点但凡流体通过不动的固体物料形成的床层面进展反响的设备都称为固定床反响器,而其中尤以利用气态的反响物料,通过由固体催化剂所构成的床层进展反响的气固相催化反响器在化工生产中应用最为广泛。
气固相固定床反响器的优点较多,主要表现在以下几个方面:1、在生产操作中,除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外,床层气体的流动皆可看成是理想置换流动,因此在化学反响速度较快,在完成同样生产能力时,所需要的催化剂用量和反响器体积较小。
2、气体停留时间可以严格控制,温度分布可以调节,因而有利于提高化学反响的转化率和选择性。
3、催化剂不易磨损,可以较长时间连续使用。
4、适宜于高温高压条件下操作。
由于固体催化剂在床层中静止不动,相应地产生一些缺点:1、催化剂载体往往导热性不良,气体流速受压降限制又不能太大,那么造成床层中传热性能较差,也给温度控制带来困难。
四种反应器形式比较一、固定床反应器(一)概念凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器。
而其中尤以利用气态的反应物料,通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛。
例如石油炼制工业中的加氢裂化、歧化、异构化、加氢精制等;无机化学工业中的合成氨、硫酸、天然气转化等;有机化学工业中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氧制苯乙烯、苯加氢制环己烷等。
(二)特点结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点,是现代化工和反应中应用很广泛的反应器。
1、优点主要表现在以下几个方面:1)在生产操作中,除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外,床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动,因此在化学反应速度较快,在完成同样生产能力时,所需要的催化剂用量和反应器体积较小。
2)气体停留时间可以严格控制,温度分布可以调节,因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。
3)催化剂不易磨损,可以较长时间连续使用。
4)适宜于高温高压条件下操作。
2、由于固体催化剂在床层中静止不动,相应地产生一些缺点:1)催化剂载体往往导热性不良,气体流速受压降限制又不能太大,导致床层中传热性能较差,也给温度控制带来困难。
对于放热反应,在换热式反应器的入口处,因为反应物浓度较高,反应速度较快,放出的热量往往来不及移走,而使物料温度升高,这又促使反应以更快的速度进行,放出更多的热量,物料温度继续升高,直到反应物浓度降低,反应速度减慢,传热速度超过了反应速度时,温度才逐渐下降。
所以在放热反应时,通常在换热式反应器的轴向存在一个最高的温度点,称为“热点”。
如设计或操作不当,则在强放热反应时,床内热点温度会超过工艺允许的最高温度,甚至失去控制而出现“飞温”。
此时,对反应的选择性、催化剂的活性和寿命、设备的强度等均极不利。
2)不能使用细粒催化剂,否则流体阻力增大,破坏了正常操作,所以催化剂的活性内表面得不到充分利用。
固定床:当气体以较小的速度流过固定床时,流动气体的上升阻力不致使颗粒的运动状态发生变化,床高维持不变;床层压降随流速对数增大而增大。
流化床:固体颗粒可以像水等液体一样在设备内有明显的界面,即使设备倾斜,界面仍会保持水平;床层压降不随流速变化(基本不变)。
输送床:固体颗粒在设备内无明显界面;床层压力随流速增大而减小。
流化床和沸腾床可能只是叫法上不同。
流化床,也就是沸腾床,接触面大,传热传质效率高,时空产率高,但返混严重。
需要注意的是不能堵塞气体分布器,堵了很麻烦的。
固定床和移动床比较适合气-气、气-液和液-液反应,床层本身作为[wiki]催化剂[/wiki],优点是返混小,固相带出少,分离简单。
流化床的床型是设计中很重要的,与反应体系的匹配要求比较高。
此外,操作中的气速、带出量、与配套的旋风等分离设备设计比较严格。
流化床的传热和破汽泡、沟流措施也是研究比较多的。
固定床反应器是一种被广泛采用的多相催化反应器,反应器内填充有固定不动的固体颗粒,可以是固体催化剂也可以是固体反应物.例如管式固定床反应器,管内装催化剂,管内装催化剂,反应物料自上而下通过床层,管间为载热体与管内反应物进行换热,以维持所需的温度条件.此外,固定床反应器也可用于气固及液固非催化反应.沸腾床是流化床的一种,固体在流化床反应器内流动,流体和固体颗粒所构成的床层犹如沸腾的液体. 沸腾床反应器下部设有分布板,板上放固体颗粒,流体自分布板下送入,当流体速度达到一定数值后,固体颗粒开始松动,再增大流速就进入流化状态.反应器内一般设有挡板,换热器,及流体与固体分离装置等内部部件.移动床与固定床相似,不同的是固体颗粒自顶部连续加入,由底部卸出.沸腾床因为固体处于运动状态,反应或传热效果好,但动力消耗大,而且在煤调湿中粉尘携带量大.固定床:固定床反应器又称填充床反应器,装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。
固体物通常呈颗粒状,粒径2~15mm左右,堆积成一定高度(或厚度)的床层。
某生物质电站锅炉选型对比
一、固定床生物质锅炉
固定床生物质锅炉是生物质锅炉中最早、最常见的类型。
其主要特点是燃烧室中有一层固定的燃料床,同时空气从燃料床底部进入,经过燃料床的气体通过向上流动的方式完成气固两相反应。
固定床生物质锅炉具有结构简单,稳定性好,容易维护等优点。
但其缺点也非常明显,主要包括烟气温度高,容易产生结焦和积灰等问题,同时氧气的分布不均导致燃烧效率偏低等。
流化床生物质锅炉是一种利用物料流动床的流化作用加热的设备。
其工作原理是利用高速气流将颗粒状物料悬浮于床层中,从而实现气固两相反应并完成燃烧过程。
相较于固定床生物质锅炉,流化床生物质锅炉具有热效率高,燃烧均匀,减少积灰和结焦等优点。
但其复杂的结构和设备大容易导致设备维护成本较高。
联合循环床生物质锅炉是一种集成了固定床和流化床两种特点的生物质锅炉。
其燃烧室内采用循环床层结构,在上层采用流化床实现燃烧,而下层采用固定床作为辅助床层。
联合循环床生物质锅炉具有固定床生物质锅炉简单结构的优势,同时又兼具流化床生物质锅炉高效燃烧的优点。
但其复杂的结构和能耗较高也成为制约其发展的瓶颈。
总体而言,不同类型的生物质锅炉各有其优缺点,应结合具体情况进行选型。
在实际应用中,固定床生物质锅炉适用于燃料品质较好的场合,如锯末、木屑等物料的燃烧。
流化床生物质锅炉适用于燃料品质较差的场合,如秸秆、混合木质物料等的燃烧。
联合循环床生物质锅炉则适用于燃料品质参差不齐的场合,能够快速适应不同的燃烧燃料。
固定床反应器:时可得较高选择性。
②催化剂机械损耗小。
③结构简单。
固定床反应器的缺点是:①传热差,反应放热量很大时,即使是列管式反应器也可能出现飞温(反应温度失去控制,急剧上升,超过允许范围)。
②操作过程中催化剂不能更换,催化剂需要频繁再生的反应一般不宜使用,常代之以流化床反应器或移动床反应器。
流化床反应器:一种利用气体或液体通过颗粒状固体层而使固体颗粒处于悬浮运动状态,并进行气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
在用于气固系统时,又称沸腾床反应器。
流化床反应器的结构有两种形式:①有固体物料连续进料和出料装置,用于固相加工过程或催化剂迅速失活的流体相加工过程。
例如催化裂化过程,催化剂在几分钟内即显著失活,须用上述装置不断予以分离后进行再生。
②无固体物料连续进料和出料装置,用于固体颗粒性状在相当长时间(如半年或一年)内,不发生明显变化的反应过程。
与固定床反应器相比,流化床反应器的优点是:①可以实现固体物料的连续输入和输出;②流体和颗粒的运动使床层具有良好的传热性能,床层内部温度均匀,而且易于控制,特别适用于强放热反应。
但另一方面,由于返混严重,可对反应器的效率和反应的选择性带来一定影响。
再加上气固流化床中气泡的存在使得气固接触变差,导致气体反应得不完全。
因此,通常不宜用于要求单程转化率很高的反应。
此外,固体颗粒的磨损和气流中的粉尘夹带,也使流化床的应用受到一定限制。
为了限制返混,可采用多层流化床或在床内设置内部构件。
这样便可在床内建立起一定的浓度差或温度差。
此外,由于气体得到再分布,气固间的接触亦可有所改善。
(何为返混呢?在有降液管的塔板上,液体横流过塔板与气体呈错流状态,液体中易挥发组分的浓度将沿着流动的方向逐渐下降,但是当上升气体在塔板上使液体形成涡流时,浓度高的液体和浓度低的液体就混在一起,破坏了液体沿流动方向的浓度变化,这种现象叫返混现象。
)移动床反应器:一种用以实现气固相反应过程或液固相反应过程的反应器。
固定床:当气体以较小的速度流过固定床时,流动气体的上升阻力不致使颗粒的运动状态发生变化,床高维持不变;床层压降随流速对数增大而增大。
流化床:固体颗粒可以像水等液体一样在设备内有明显的界面,即使设备倾斜,界面仍会保持水平;床层压降不随流速变化(基本不变)。
输送床:固体颗粒在设备内无明显界面;床层压力随流速增大而减小。
流化床和沸腾床可能只是叫法上不同。
流化床,也就是沸腾床,接触面大,传热传质效率高,时空产率高,但返混严重。
需要注意的是不能堵塞气体分布器,堵了很麻烦的。
固定床和移动床比较适合气-气、气-液和液-液反应,床层本身作为[wiki]催化剂[/wiki],优点是返混小,固相带出少,分离简单。
流化床的床型是设计中很重要的,与反应体系的匹配要求比较高。
此外,操作中的气速、带出量、与配套的旋风等分离设备设计比较严格。
流化床的传热和破汽泡、沟流措施也是研究比较多的。
固定床反应器是一种被广泛采用的多相催化反应器,反应器内填充有固定不动的固体颗粒,可以是固体催化剂也可以是固体反应物.例如管式固定床反应器,管内装催化剂,管内装催化剂,反应物料自上而下通过床层,管间为载热体与管内反应物进行换热,以维持所需的温度条件.此外,固定床反应器也可用于气固及液固非催化反应.沸腾床是流化床的一种,固体在流化床反应器内流动,流体和固体颗粒所构成的床层犹如沸腾的液体. 沸腾床反应器下部设有分布板,板上放固体颗粒,流体自分布板下送入,当流体速度达到一定数值后,固体颗粒开始松动,再增大流速就进入流化状态.反应器内一般设有挡板,换热器,及流体与固体分离装置等内部部件.移动床与固定床相似,不同的是固体颗粒自顶部连续加入,由底部卸出.沸腾床因为固体处于运动状态,反应或传热效果好,但动力消耗大,而且在煤调湿中粉尘携带量大.固定床:固定床反应器又称填充床反应器,装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器。
固体物通常呈颗粒状,粒径2~15mm左右,堆积成一定高度(或厚度)的床层。
固定床反应器定义:气体流经固定不动的催化剂床层进行催化反应的装置。
特点:结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等优点,是现代化工和反应中应用很广泛的反应器.应用:主要用于气固相催化反应。
基本形式:轴向绝热式、径向绝热式、列管式。
固定床反应器缺点:床层温度分布不均匀;床层导热性较差;对放热量大的反应,应增大换热面积,及时移走反应热,但这会减少有效空间.流化床反应器(沸腾床反应器)定义:流体(气体或液体)以较高流速通过床层,带动床内固体颗粒运动,使之悬浮在流动的主体流中进行反应,具有类似流体流动的一些特性的装置。
应用:应用广泛,催化或非催化的气—固、液-固和气-液—固反应。
原理:固体颗粒被流体吹起呈悬浮状态,可作上下左右剧烈运动和翻动,好象是液体沸腾一样,故流化床反应器又称沸腾床反应器。
结构:壳体、气体分布装置、换热装置、气-固分离装置、内构件以及催化剂加入和卸出装置等组成。
优点:传热面积大、传热系数高、传热效果好。
进料、出料、废渣排放用气流输送,易于实现自动化生产。
缺点:物料返混大,粒子磨损严重;要有回收和集尘装置;内构件复杂;操作要求高等。
固定床:一、固定床反应器的优缺点凡是流体通过不动的固体物料形成的床层面进行反应的设备都称为固定床反应器,而其中尤以利用气态的反应物料,通过由固体催化剂所构成的床层进行反应的气固相催化反应器在化工生产中应用最为广泛.气固相固定床反应器的优点较多,主要表现在以下几个方面:1、在生产操作中,除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外,床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动,因此在化学反应速度较快,在完成同样生产能力时,所需要的催化剂用量和反应器体积较小。
2、气体停留时间可以严格控制,温度分布可以调节,因而有利于提高化学反应的转化率和选择性.3、催化剂不易磨损,可以较长时间连续使用。
4、适宜于高温高压条件下操作。
由于固体催化剂在床层中静止不动,相应地产生一些缺点:1、催化剂载体往往导热性不良,气体流速受压降限制又不能太大,则造成床层中传热性能较差,也给温度控制带来困难。
对于放热反应,在换热式反应器的入口处,因为反应物浓度较高,反应速度较快,放出的热量往往来不及移走,而使物料温度升高,这又促使反应以更快的速度进行,放出更多的热量,物料温度继续升高,直到反应物浓度降低,反应速度减慢,传热速度超过了反应速度时,温度才逐渐下降。
所以在放热反应时,通常在换热式反应器的轴向存在一个最高的温度点,称为“热点"。
如设计或操作不当,则在强放热反应时,床内热点温度会超过工艺允许的最高温度,甚至失去控制而出现“飞温”。
此时,对反应的选择性、催化剂的活性和寿命、设备的强度等均极不利。
2、不能使用细粒催化剂,否则流体阻力增大,破坏了正常操作,所以催化剂的活性内表面得不到充分利用.3、催化剂的再生、更换均不方便。
固定床反应器虽有缺点,但可在结构和操作方面做出改进,且其优点是主要的。
因此,仍不失为气固相催化反应器中的主要形式,在化学工业中得到了广泛的应用。
例如石油炼制工业中的裂化、重整、异构化、加氢精制等;无机化学工业中的合成氨、硫酸、天然气转化等;有机化学工业中的乙烯氧化制环氧乙烷、乙烯水合制乙醇、乙苯脱氧制苯乙烯、苯加氢制环己烷等。
二、固定床反应器的分类随着化工生产的发展,已出现多种固定床反应器的结构形式,以适应不同的传热要求和传热方式,主要分为绝热式和换热式两大类.绝热式固定床反应器结构简单,催化剂均匀堆置于床内,一般有下列特点:床层直径远大于催化剂颗粒直径;床层高度与催化剂颗粒直径之比一般超过100;与外界没有热量交换,床层温度沿物料的流向而变化。
换热式固定床反应器以列管式为多,通常管内装催化剂,管间走载热体,一般有下列特点:催化剂的粒径小于管径的8倍;利用载热体来移走或供给热量,床层温度维持稳定.流化床:流化床反应器是工业上应用较广泛的一类反应器,适用于催化或非催化的气—固、液—固和气—液-固反应系统。
流化床反应器的结构型式很多,传统流化床反应器一般都由壳体、气体分布装置、内部构件、换热装置、气因分离装置、催化剂的加入和卸出装置等组成.流化床反应器是利用固体流态化技术进行气固相反应的装置。
将大量固体颗粒悬浮于运动的流体从而使颗粒具有类似于流体的某些宏观表现特性,这种流固接触状态称为固体流态化.化学工业广泛使用固体流态化技术进行固体的物理加工、颗粒输送、催化和非催化化学加工。
目前流态化技术作为一门基础技术已经渗透到国民经济的许多部门,在化工、炼油、冶金、能源、原子能、材料、轻工、生化、机械、环保等各项领域中都可以见到.流化床反应器的优点流化床内的固体粒子像流体一样运动,由于流态化的特殊运动形式,使这种反应器具有如下优点:1、由于可采用细粉颗粒,并在悬浮状态下与流体接触,流固相界面积大(可高达3280~16400m2/m3),有利于非均相反应的进行,提高了催化剂的利用率。
2、由于颗粒在床内混合激烈,使颗粒在全床内的温度和浓度均匀一致,床层与内浸换热表面间的传热系数很高[200~400W/(m2?K)],全床热容量大,热稳定性高,这些都有利于强放热反应的等温操作.这是许多工艺过程的反应装置选择流化床的重要原因之一。
3、流化床内的颗粒群有类似流体的性质,可以大量地从装置中移出、引入,并可以在两个流化床之间大量循环.这使得一些反应—再生、吸热-放热、正反应—逆反应等反应耦合过程和反应—分离耦合过程得以实现。
使得易失活催化剂能在工程中使用。
4、流体与颗粒之间传热、传质速率也较其它接触方式为高.5、由于流—固体系中孔隙率的变化可以引起颗粒曳力系数的大幅度变化,以致在很宽的范围内均能形成较浓密的床层。
所以流态化技术的操作弹性范围宽,单位设备生产能力大,设备结构简单、造价低,符合现代化大生产的需要。
流化床反应器的缺点1、气体流动状态与活塞流偏离较大,气流与床层颗粒发生返混,以致在床层轴向没有温度差及浓度差.加之气体可能成大气泡状态通过床层,使气固接触不良,使反应的转化率降低。
因此流化床一般达不到固定床的转化率。
2、催化剂颗粒间相互剧烈碰撞,造成催化剂的损失和除尘的困难.3、由于固体颗粒的磨蚀作用,管子和容器的磨损严重。
虽然流化床反应器存在着上述缺点,但优点是主要的。
流态化操作总的经济效果是有利的,特别是传热和传质速率快、床层温度均匀、操作稳定的突出优点,对于热效应很大的大规模生产过程特别有利。
综上所述,流化床反应器比较适用于下述过程:热效应很大的放热或吸热过程;要求有均一的催化剂温度和需要精确控制温度的反应;催化剂寿命比较短,操作较短时间就需更换(或活化)的反应;有爆炸危险的反应,某些能够比较安全地在高浓度下操作的氧化反应,可以提高生产能力,减少分离和精制的负担。
流化床反应器一般不适用如下情况:要求高转化率的反应;要求催化剂层有温度分布的反应。
桨态床:气体以鼓泡形式通过悬浮有固体细粒的液体(浆液)层,以实现气液固相反应过程的反应器。
浆态反应器中液相可以是反应物,也可以是悬浮固体催化剂的载液。
浆态反应器有两种基本形式:其一是搅拌釜式,利用机械搅拌使浆液混合,适用于固体含量高、气体流量小或气液两相均为间歇进料的场合;其二是三相流化床式,借助气体上升时的作用使固体悬浮,并使浆液混合,避免了机械搅拌的轴封问题,尤适于高压反应.浆态反应器中有两个流体相,所以操作方式比较多样,例如气液两相均为连续进出料,气液两相均为间歇进出料,以及液相为间歇进出料而气相为连续进出料等,可以适应反应系统的不同要求。
与气液固相反应过程常用的另一种反应器涓流床反应器相比,浆态反应器的优点是:①在强放热条件下,易保持温度均匀;②采用细颗粒,使催化剂颗粒内表面利用较充分;③当液相连续进出料时,催化剂排出再生比较方便。
其缺点是:①连续操作时返混严重,当有串联副反应存在时会使选择性降低;②液固比通常较高,在有液相副反应时可使选择性降低;③存在催化剂细粉的分离问题.移动床:一、移动床反应器的概念固定床催化剂一般无法进行连续再生,而流化床催化剂可以很好地进行连续再生,但只适用于催化剂颗粒较小的工艺。
催化剂颗粒大,难以形成流态化,为了使再生连续进行,可以使用移动床。
在移动床中,当催化剂由于积炭而迅速失活时,可通过特制的闭锁装置,利用催化剂本身的重力,缓缓地将催化剂移出反应器.这些待再生的催化剂,通过机械传送或气体输送,进入再生器自上而下地再生,再生过的催化剂则用同样的办法,输送回反应器,这样实现了反应与再生的连续操作。
这种系统,催化剂床层相当于在系统移动,称为移动床。
这类反应器最先应用于石油炼制的催化裂化工艺,后来又推广到连续催化重整工艺.二、移动床反应器的特点移动床反应器具有以下特点:1、连续运转催化剂随着反应时间的增加,表面积炭相应增加,活性下降。
为了确保一定的反应速率,必须将积炭的催化剂移出反应器,不断地补充新鲜的或再生过的催化剂,以保持催化剂的平均活性,这种不间断的过程,确保了反应系统操作的连续性。
2、可以在较苛刻的反应条件下稳定运转固定床的缺点之一是反应初期与末期的催化剂活性变化大,因而反应深度不同,导致产品的分布及产品的质量都有差异,甚至影响到处理量的变化。
移动床反应器,由于催化剂活性可以调节,在一定范围内保持恒定,整个反应器也可以在较苛刻的条件下进行,有利于充分利用催化剂的潜力,提高重整油的品质。
3、较低的反应压力从理论上讲,对于一定的空速及原料特性,反应压力越低,重整油收率和氢纯度就越高。
同时压力低对降低对设备的要求、减少投资是非常有利的,重整的发展历史也表明了这点.固定床反应器的重整反应压力为3。
43MPa,第一代连续重整反应压力为0。
69~0.98 MPa,第二代连续重整压力只有0。
29~0。
49 MPa。
4、操作比较复杂移动床反应器工艺不太适宜强烈放热的反应。
反应器、再生器中的催化剂始终都在流动状态,从上而下依靠重力流动,提升可用氢气或惰性气体。
为了保证整个系统的平稳循环,对控制系统的要求较高,操作相应比固定床反应器要复杂。
浆态床浆态床反应器一般又叫三相床反应器。
实验室这类反应器一般采用搅拌釜,工业上一般采用鼓泡淤浆床反应器,主要用于费托合成,甲醇合成,二甲醚等。
这类反应器一般催化剂为固相,反应物为气体,内有液相介质.反应器内最重要的内件是:反应器下方的气体分布器,要求均匀分配原料气,气泡小而均匀,强化气液传质,但又不能有大的压降;反应器内部的气固分离装置,用于分离细小催化剂和液体产物。
放热反应的话,反应器内热量靠沸腾水产生蒸汽移热.优点:反应器结构简单,成本低,容易大型化;易于在线更换催化剂;液相介质热容大,易于反应器内部热量分布均匀,催化剂床层不易飞温,提高产物选择性;使用细颗粒催化剂,无内扩散影响,有利于提高产物选择性;反应器相比固定床反应器小得多,尾气循环压缩机能耗大大减小。